Металлические матрицы

Металлические матрицы волокнистых композитов пред­ставляют собой легкие (алюминий, магний, бериллий) и жаро­прочные металлы (титан, никель, ниобий), а также сплавы. Наиболее широко в качестве матричного материала используют алюминиевые сплавы, что объясняется удачным сочетанием в них физико-механических и технологических свойств.

Матричные материалы на основе алюминия. Алюминий имеет плотность 2700 кг/м³, температуру плавления около 780^°С и химически инертен к большинству волокнистых ма­териалов, применяемых для производства композиционных конструкционных материалов. Сплавы алюминия способны подвергаться разнообразным видам пластического деформирования, литья, операциям порошковой металлургии, на которыхи основываются различные способы изготовления изделий из композитов на металлической основе. По технологическомупризнаку алюминиевые матрицы можно подразделить на не­сколько типов: деформируемые, литейные, порошковые. Все же способы совмещения волокон с матрицей можно подразделять на твердофазные, жидкофазные и осаждение.

Твердофазные способы совмещения волокон с матрицейзаключаются в сборке пакетов заготовок, состоящих из чере­дующихся слоев материала матрицы и волокон, и последующем соединении компонентов между собой. Жидкофазные способы основаны на различных видах литья расплавленного материала матриц, обеспечивающих пропитку (в вакууме, при обычном и повышенном давлении) предварительно уложенной системы волокон. Образование металлической мат­рицы методами осаждении состоит в нанесении на волокна различными способами (газофазным, химическим, электроли­тическим и т.п.) слоя металла и заполнении им межволоконного пространства.

К деформируемым алюминиевым сплавам относятся неуп­рочняемые термической обработкой сплавы марок АМц, АМг и другие, основными добавками в которых являются магний Мg и марганец Мn. Эти сплавы обладают хорошей пластичностью, коррозионной стойкостью, но сравнительно невысокой прочностью. Большую механическую прочность имеют упрочняемые термической обработкой дурaлюмины (Д1, Д6, и др.) и сплавы групп АВ, АК, В95.

Наиболее распространенные литейные сплавы - силуми­ны, однако они малопластичны, имеют низкую ударную вязкость и жаропрочность. Из Al-матриц наиболее жаропрочными является материал типа САП (спеченным Al + порошок), представляющий собой алюминий, упрочненный дисперсными частицами оксида А1₂О₃. В соответствии с методом порошковой металлургии его получают брикстированием А1- пудры с 6...22%-ным А1₂0₃ и спеканием. Материал типа САП при температуре Т=500^°С сохраняет прочность 80...120 МПа.

Для получения металлокомпозитов на основе алюминия наиболее широко применяют методы плазменного напыления матричного материала, с помощью которых существенно изменяются его структура и свойства. В этом случае матрица формируется в результате высокоскоростного перемещения расплавленных мелких частиц, соударения их с поверхностью и высокоскоростной кристаллизации. При этом матрица пред­ставляет собой скопление тонкопластинчатых частиц размера­ми 2…l0 мкм, на границах которых образуются сплошные или дискретные тончайшие оксидные пленки. Оптимальные параметры плазменно-напыленных матриц на основе алюминия представлены в табл. 1.14.

Таблицы 1.14.

Титановые и магниевые матрицы. В качестве матричных материалов используют магниевые сплавы марок МА2-1, ММ, МА8 и некоторые другие. Основные механические характеристики этих сплавов: = 250...310 МПа, = 37...43 ГПа, ε = 8...15%. Титановые матрицы обладают хорошей технологич­ностью при горячем деформировании, свариваемостью, спо­собностью длительно сохранять высокие прочностные харак­теристики (360...1050 МПа) при повышенных температурах (300...450 ^°С). Однако эти материалы сохраняют высокое со­противление деформации даже при повышенных температурах, что приводит к необходимости при получении композитов с хрупкими волокнами использовать режимы сверхпластического деформирования (таблица 1.4.3).

Таблица 1.4.3. Параметры деформирования титановых матриц